基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢及其制备方法。所述制备方法包括珠光体化

【技术实现步骤摘要】
基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢材料的
，具体涉及贝氏体钢材料的


技术介绍

[0002]贝氏体组织是奥氏体的中温转变产物，根据形貌可以分为：上贝氏体、下贝氏体、无碳化物贝氏体与粒状贝氏体等。其中无碳化物贝氏体，具有较高强度与优良塑韧性的组合，在钢铁材料研发与应用中备受重视。无碳化物贝氏体主要由贝氏体铁素体板条、板条间的膜状残余奥氏体以及少量的块状残余奥氏体组成，其中细小的贝氏体铁素体板条可以提供高强度，富碳膜状残余奥氏体可以提供良好的塑韧性。基于无碳化物贝氏体钢，研究人员成功开发出具有纳米尺度的片状贝氏体铁素体板条和薄膜状残留奥氏体相互层叠的超细贝氏体组织，进一步地提高了力学性能。
[0003]但现有技术中，超细贝氏体钢尚无法进行大规模生产和应用，主要基于两方面的技术问题：一方面，现有工艺中，超细贝氏体钢的等温转变所需时间太长，有的长达数周；另一方面，现有超细贝氏体钢较高的碳含量导致其在焊接过程中易出现冷裂纹、生成硬脆马氏体及析出碳化物，导致焊接性能差。
[0004]为解决上述问题，部分现有技术如CN102112644A对工艺和合金成分进行了改进，如向原料中加入Co等贵重合金元素，增加奥氏体转变为贝氏体铁素体的相变驱动力，缩短制备超细贝氏体钢所需的时间，但该方法提高了生产成本，同时提高了成分体系的复杂性，提高了冶炼难度。另外如CN103862148A通过在过冷奥氏体转变为超细贝氏体钢的过程中，对奥氏体晶粒进行细化，增加超细贝氏体钢形核的方式，提高贝氏体转变速度，但该方法过程复杂，实际加速效果有限。另外如CN103468906A通过低温轧制，再进行低温保温的方式，增加奥氏体中的位错等缺陷，从而提高贝氏体转变速度，但该方法需要准确控制预应变量和预应变温度，否则不恰当的工艺参数会影响加速效果，甚至会阻碍相变，同时该方法需要的预应变工艺复杂，并不利于工业化，还会造成产品韧性的下降，也很难应用于结构形状复杂的工件。另外如CN109295389A将过冷奥氏体淬火至马氏体转变起始温度以下，先得到少量的马氏体，再转移至贝氏体转变温度区间的方式，加速贝氏体的等温转变，但该方法也需要工艺复杂的预相变，不利于工业化，并且引入硬脆相马氏体，会在变形过程中为裂纹的萌生与扩展提供优先路径，造成材料的塑韧性下降。另外如为了克服冷裂纹、硬脆马氏体及碳化物的生成，直接降低贝氏体钢成分中的碳含量，但该方法易导致贝氏体铁素体聚结粗化为块状，损害材料韧性。因此，如何在低碳、低合金的成分体系中，简易、快速地制备超细贝氏体组织，获得优异的力学性能仍是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种具有良好力学性能和焊接性能的非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢，并提出其采用珠光体为前驱体结合快速奥氏体化实现大幅缩短贝氏体转变时间的制备方法，适合大规模工业化生产。
[0006]本专利技术首先公开了如下的技术方案：
[0007]基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢，其由纳米尺度的贫锰贝氏体铁素板条和富锰残余奥氏体片层相互交叠组成。
[0008]以上方案中，所述贫锰是指锰元素含量低于钢材整体平均锰元素含量的状态，富锰是指锰元素含量高于钢材整体平均锰元素含量的状态。
[0009]根据一些具体实施方式，所述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢包括以下成分：C：0.1～0.5wt.％，Mn：2.0～8.0wt.％，Si：0.5～3wt.％和Fe。
[0010]根据一些具体实施方式，所述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢包括还包括以下成分中的一种或多种：Ni：0～3wt.％，Al：0～1.5wt.％，Cr：0～1.5wt.％，V：0～0.5wt.％，Mo：0～1.0wt.％，Nb：0～0.5wt.％。
[0011]本专利技术进一步公开了上述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢的制备方法，其包括：
[0012](1)将熔炼后的基础钢材加热至奥氏体单相区并保温，然后冷却至珠光体转变温度区间并保温，进行珠光体化处理；
[0013](2)将完成所述珠光体化处理的钢材以≥3℃/s的速率快速加热至奥氏体单相区并保温，进行快速奥氏体化处理；
[0014](3)将完成所述奥氏体化处理的钢材从奥氏体单相区冷却至贝氏体转变温度区间并保温，进行贝氏体转变，最后淬火至室温，得到所述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢；
[0015]其中，所述基础钢材为含有所述熔炼成分而未经热处理的钢材。
[0016]根据一些具体实施方式，所述奥氏体单相区的温度为700～1000℃，其保温时间为10～120min。
[0017]根据一些具体实施方式，所述珠光体转变温度区间为450～650℃，其保温时间为0.5～48h。
[0018]根据一些具体实施方式，所述奥氏体单相区的温度为700～1000℃，其保温时间为0～10min。
[0019]根据一些具体实施方式，所述贝氏体转变温度区间为150～450℃，其保温时间为0.5～24h。
[0020]根据一些具体实施方式，所述中低碳超细贝氏体钢的制备方法还包括：在步骤(1)前，对所述基础钢材进行均匀化处理；和/或，在步骤(1)前，对所述基础钢材进行轧制或锻造；和/或，在步骤(2)之前，对完成所述珠光体化处理的钢材进行轧制或锻造。
[0021]根据一些具体实施方式，所述中低碳超细贝氏体钢的制备方法具体包括：
[0022](1)将熔炼好的基础钢材加热到1100～1300℃，保温30～50h进行均匀化处理；
[0023](2)对完成均匀化处理的钢材进行恒温热轧，在900～1000℃压下率为70～90％，轧后空冷至室温；
[0024](3)奥氏体化处理：将步骤(2)处理后的钢材升温到700～900℃保温5～15min，充分奥氏体化；
[0025](4)珠光体化处理：将完成奥氏体化处理的钢材在550～630℃下保温4～24h，进行珠光体化，然后通过水淬火至室温；
[0026](5)快速奥氏体化处理：将完成珠光体化处理的钢材以5～80℃/s的升温速率快速加热到750～800℃保温10～100s，进行快速奥氏体化处理；
[0027](6)贝氏体化处理：将完成快速奥氏体化处理的钢材在250～350℃下保温1～15h，进行贝氏体化处理，然后通过水淬火至室温，得到所述非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢。
[0028]专利技术人意外地发现，本专利技术的制备方法通过所述珠光体化处理，可获得富锰渗碳体片层(4～25nm)与贫锰铁素体片层(30～150nm)交替堆叠的珠光体组织，通过所述快速奥氏体化处理，可获得原渗碳体片层处富锰、原铁素体片层处贫锰的成分不均匀的高温奥氏体组织，改变快速奥氏体化加热速率与保温时间，能够精细调控高温奥氏体中锰元素的不均匀程度，进一步地，通过所述贝氏体化处理，贝氏体板条优先在贫锰奥氏体片层区域生长；而富锰高温奥氏体片层因稳定性强，贝氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢，其特征在于：其包括由纳米尺度的贫锰的贝氏体铁素板条和富锰的残余奥氏体片层相互交叠形成的结构。2.根据权利要求1所述的中低碳超细贝氏体钢，其特征在于，其包括以下成分：C：0.1～0.5wt.％，Mn：2.0～8.0wt.％，Si：0.5～3wt.％和铁。3.根据权利要求2所述的中低碳超细贝氏体钢，其特征在于，其还包括以下成分中的一种或多种：Ni：0～3wt.％，Al：0～1.5wt.％，Cr：0～1.5wt.％，V：0～0.5wt.％，Mo：0～1.0wt.％，Nb：0～0.5wt.％。4.权利要求1
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3所述的中低碳超细贝氏体钢的制备方法，其特征在于：其包括：(1)将熔炼后的基础钢材加热至奥氏体单相区并保温，然后冷却至珠光体转变温度区间并保温，进行珠光体化处理；(2)将完成所述珠光体化处理的钢材以≥3℃/s的速率快速加热至奥氏体单相区并保温，进行快速奥氏体化处理；(3)将完成所述奥氏体化处理的钢材从奥氏体单相区冷却至贝氏体转变温度区间并保温，进行贝氏体转变，最后淬火至室温，得到所述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢；其中，所述基础钢材为含有所述基于非均质锰分布的中低碳超细贝氏体钢的成分而未经热处理的钢材。5.根据权利要求4所述的中低碳超细贝氏体钢的制备方法，其特征在于：所述奥氏体单相区的温度为700～1000℃，其保温时间为10～120min。6.根据权利要求4所述的中低碳超细贝氏体钢的制备方法，其特征在于：所述珠光体转变温度区间为450～650℃，其保温时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志平，程兴旺，张超，杨德振，王迎春，
申请(专利权)人：北京理工大学唐山研究院，
类型：发明
国别省市：